Тест на прочность, или как проверяют автомобильные шины⁠⁠

Чтобы автомобильная резина соответствовала заявленным производителем качествам, она нуждается в различных стендовых испытаниях, при которых ее подвергают долгим и разноплановым нагрузкам. Как правило, это закрытый от посторонних глаз и ушей технический процесс, о котором не так много известно.

Тем не менее о процедуре проверки автомобильных колес на профпригодность мы кое-что расскажем…

Круглые сутки, круглый год

Стендовые испытания шин необходимы каждому производителю автомобильной резины. Специально для этого строятся испытательные полигоны со всем необходимым оборудованием. Многие тестовые процессы автоматизированы, что позволяет содержать небольшой штат сотрудников (до 20 человек), но при этом данные площадки должны работать 24 часа 365 дней в году.

Почему это важно? Хотя бы потому, что стендовые испытания автомобильных покрышек – очень кропотливое занятие, требующее сбора массы различных данных. Несмотря на то что почти все тесты проводятся аппаратно, они требуют непосредственного участия оператора-человека, который фиксирует их и каталогизирует. Причем речь идет не только о давлении на колесо при определенной скорости: инженер проверяет даже отдельные участки протектора, например, его середину, внося в каталог критическую температуру, достигаемую на различной скорости.

А выполнить такую проверку нужно для всех существующих моделей и типоразмеров шин, зафиксировав все возможные переносимые ими нагрузки. Кстати, по этой причине процесс разработки новых моделей шин сравним по протяженности с выпуском нового автомобиля, ведь процесс коррекции различных параметров во время тестирования занимает в среднем 4-5 лет.

Сборка с нуля

Основных процессов при создании автомобильных шин всего шесть. Как правило, каждый производитель держит все технические процессы в тайне и не стремится раскрывать свои секреты, но с большего это стандартизированная процедура, состоящая из следующих этапов:

• Приобретение сырья, состоящего из натурального и синтетического каучука, сажи, мела, силики (осажденная кремниевая кислота) и прочих химдобавок, с последующей лабораторной проверкой его качества;
• Создание резиновой смеси по конкретным рецептурам партиями по 200 кг, каждая из которых перед запуском в производство подвергается лабораторному анализу;
• Производство отдельных компонентов, таких как синтетические и металлические нити корда (в зависимости от модели шины, их количество варьируется от 10 до 30 штук);
• Формирование шины вручную путем сборки всех компонентов;

• Вулканизация паром при температуре 190⁰С-200⁰С, которая в зависимости от принадлежности и размера шины длится от 8-20 минут (для легковых авто) до 7 часов (для тяжелой техники). Во время вулканизации на рабочей части резины появляется протектор, а на бортах – вся необходимая техническая информация;
• Визуальный осмотр специалистами на этапе приемки с последующим автоматическим контролем качества.

Моделирование и тесты

Конечно же, перед запуском в производство автомобильные шины проходят длительный этап испытаний. Шинные прототипы либо уже готовые модели резины, подвергаются различным нагрузкам на стендах, заменивших полевые испытания в силу большей информативности. На этом этапе корректируется состав резиновой смеси колеса, рисунок корда и протектора.

Сделать это помогают динамические стенды, представляющие собой в основном постоянно вращающиеся барабаны диаметром около 2 метров с металлической дорожкой по центру, которая имитирует дорожное покрытие. По ним тестируемые шины, предварительно сбортированные на колесный диск и накачанные до требуемого давления, непрерывно «едут». Барабан раскручивается на стенде до нужной скорости, при этом ось, на которую насажены колесный диск с шиной, прижимает их к дорожке, имитируя различную нагрузку.

Конечно же, нагрузки на стенде могут быть разными и зависят от типа теста и характеристик самой шины. Так, во время испытаний на выносливость нагрузка на покрышку может достигать 2 тонн, а максимальная скорость – 250 км/час. Среднестатистический тест обычно проводится на скорости 100-120 км/час. Однако периодически инженеры задают стрессовые показатели, чтобы убедиться в устойчивости колес на максимальной скорости (до 320 км/ч). Такие скоростные испытания проходят спорадическими периодами по 10-14 минут. А при тесте на сопротивление качению шину, помимо прочего, время от времени наклоняют под углом до 10⁰.

В числе обязательных испытаний инженеры испытательных полигонов проводят тесты на прочность изделий при максимальном внутреннем давлении. Для этого сбортированную на колесный диск шину накачивают водой для большей безопасности (если накачать покрышку воздухом, ее может разорвать). Любопытно, что вода при достижении критических для изделия показателей начинает расслаивать структуру шины, что служит для инженеров маркером превышения максимального давления.

Также существует тест на прочность, обязательный для шинных изделий, поставляемых на рынки стран Персидского залива, США и Японии, так как их законодательство требует, чтобы автомобильная резина соответствовала определенным нормам прочности на прокол. Для этого сбортированная на диск шина фиксируется на станке, а сверху на нее с постоянно растущим усилием давит металлический штырь, имитирующий, например, торчащую из асфальтового покрытия арматуру. Нагрузка, в момент которой происходит прокол, и является тем пороговым значением, которое выдерживает шина.

Финальным этапом внутреннего стендового тестирования является своеобразный рентген для шины. Во время данного испытания покрышку помещают в специальную камеру, где изделие детально сканируют на предмет выявления возможных внутренних дефектов конструкции, неравномерности резиновой смеси, вздутий и т.д., образовавшихся в ходе других тестов. В ходе сканирования компьютер создает некое подобие 3D-модели, на которой отображено все, что невозможно заметить при простом визуальном осмотре шины.